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Q. 2LE N.C I A

Tesis previa a la obtención :del íttELb; de

Ingeniero Eléctrico, especializac-ion- Po- -

"ten-cia de la BaojáS Politécnica Naaional".- - - • ' ' ' " ~' ~ -,*~~--. -^ - -- - -

JULIO A.- Í-A- SRANDA

Quito',. novieirüsre -. dle." IL97 8..

DEDICATORIA :

A MIS BADRES

>T7 J-í •- <-r

-.-.- -*--; Be-jo, ..constancia de mi especial agradecimiento ai .

±ngeí^eíqr\Juiio_- Jurado, por su guía y colaBbr/acion de -

esté trabajo; -a -mi hermana Marciar que ¿nuy-gentilmente

mecanggr_afio _esta tesis, y a todas las" personas que me

es€iatiiaSQn'yy "ffólab'óf aron de una, u^dtra forma par-a- la

. d éi. Jjásés ente

4,4

írrai'.f-vSii.- •-..:.

CERTIFICO: '

El presente trabajo-de Tesis ha

sido realizado en su-, totalidad,

por el señora '

""".'- JULIO A."liOAI2iJl":gEKKDA " "

-¿c-

Ing. JULIO JQEADO M.

Director de Tesis.

TELEPROTECCION EN SISTEMAS

DE PÓTENCI-A

ÍNDICE GENERAL

Pag.

CAPITULO I INTRODUCCIÓN

1.1. Filosofía de las comunicaciones en un sistema de

potencia. 1 :

1.2. Su importancia j

1.3. Teleproteccion, telemedida, telecomando, trans -

misión de datos y de voz. ' 2

1.3.1.. Telemedida . 2

1.3.2. Telemando 3

1.3.3. Telecontrol 3

1.3.4. Teleproteccion • 3

1.4. Qué es un piloto?. Su clasificación 5

1.5. Criterio para la selección de sistemas de telecg_

municaciones. 5

1.5.1. Factores técnicos g

1.5.1.1. Disponibilidad de frecuencias de

operación. -i

a) Banda de operación de 40 a -

400 Khz.

b) Banda de operación superior a

500.Mhz (sistema micro-onda)

1.5.1.2. Disponibilidad del sistema de -

transmisión. s-

Pag.

1.5.1.3. Grado de conflabilidad 8

1.5.1.4. Grado de complejidad del manteni_

miento. 9

'1.5.1.5. Disponibilidad del sistema de

transmisión. 10

1.5.2. Factores económicos 10

CAPITULO II MICRO - ONDAS y

2.1. Sistema de micro-ondas 12

2.2. Protección vía micro-ondas 13

2.3. Esquema de protección con relés de distancia -

que utiliza equipos de micro-onda. . 14

2.3.1. Esquema de protección de bloqueo de aper_

tura por comparación direccional.

a) Elementos detectores de falla

b.) Elementos direccionales

Falla interna

Falla externa

2.3.2. Esquema de protección de transferencia de

apertura. . ' 16

2.3.2.1. Trasferencia de apertura simple 16

2.3.2.2. Transferencia de apertura con

confirmación local. 17

2.3.2.3. Transferencia de apertura con -

confirmación local y relés con

sobre alcance. 18

.III

Pag.

2.3.3. Confirmación entre los esquemas de bloqueo

y transferencia de disparo 19

Conflabilidad

Seguridad

2.4. Medida de velocidad'de canal 21

2.5. Consideraciones económicas - . ' 21

2.6. Experiencia, con estos equipos en otros países 22

CAPITULO III SISTEMA P.L.C.

3.1. Naturaleza del sistema P.L.C. " . . 2 6

3.2. Características del sistema P.L.C. sobre lí -

. neas de alta tensión. 28

3.2.1. Tipos de acoplamiento . ' 29

a) Acoplamiento fase-tierra

b) Acoplamiento fase-fase

c) Acoplamiento del modo 3

3.3. Características de los equipos de P.L.C. so -

bre líneas de alta tensión. . 30

3.3.1. Alimentación 32

. 3.3.3. Transmisor 32

3.3.3. Receptor " ' 32

3.4. Componentes del sistema P.L.C. para líneas de

transmisión. . 32

3.4.1. Condensador de acoplamiento , 33/

3.4.2. Bobina de drenaje . . 3 3

IV

. . _• ... . . . . Pag.

3.4.3. Trampa de onda . 34

•3.5. Protección por P.L.C. 35

3.5.1. Antecedentes 35

3.5.2. Comparación de fase 35

a) Sensibilidad del equipo

b) Protección por P.L.C. por compara -

cion de fase.V

3.6. Experiencia con este tipo de equipo en otros

países. • 38

CAPITULO IV HILO PILOTO >\

4.1. Consideraciones generales 41

4.2. Protección por hilo piloto de corriente con -

tínua • 42

4.3. Protección con hilo piloto de corriente alter_

na 43 .

Tipo tensión de oposición

Tipo corriente circulante

Esquemas HCB y HCB-1 de la Westinghouse. '

4.4. Comparación de los esquemas de corriente direc_

ta y corriente alterna. 50

4.5. Requisitos de hilo piloto 50

4.6. Protección con hilo piloto 52

CAPITULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1. Introducción 54

Pag.

5.2. Cuadro comparativo de los tres sistemas 55

5.3. Criterios aplicados por INECEL 56

5.5.1. Posibles tipos de comunicación 56

5.5.2. Sistema de comunicación seleccionado por

INECEL. 57

5.5.2.1. Descripción del sistema 57

a) Protección de líneas de 230 Kv

b) Protección de líneas de 138 Kv

5.4. Recomendaciones. 59

- VI -

ÍNDICE DE FIGURAS

•Fig. 1.1. Gráfico explicativo de teleprotecciones.

Fig. 2.1. Gráfico explicativo del esquema de protección de trans_

ferencia de apertura con confirmación local y relés -

, con sobre alcance..

F.ig. 3.1. Equipo de onda portadora típico para protecciones.

Fig. 3.2. Acoplamiento fase-tierra de equipos de onda portadora

a la línea de potencia.

Fig. 3.3. Acoplamiento fase-fase de equipos de onda portadora a ..

la línea de potencia.

Fig. 3.4. Acoplamiento del modo 3 de equipos de onda portadora

a la línea de potencia.

Fig. 3.5. Corriente de funcionamiento para el relé (O.P.) en -

función de la diferencia.de fase'de las corrientes de

'. los extremos de una línea protegida.

Fig. 4.1. Hilo piloto de corriente continua.

Fig. 4.2. Esquema de hilo piloto tipo corriente circulante.

Fig. 4.3. Hilo piloto tipo corriente circulante, falla interna

alineada desde el lado izquierdo de la línea.

Fig. 4.4. Hilo piloto de corriente circulante incluida resis —

tencia de hilo piloto.

Fig. 4.5. Esquema de hilo piloto de tensión de oposición.

Fig. 4.6. Esquema simplificado de los tipos HCB y HCB-1 de la

Westinghouse para hilos pilotos,

Fig. 4.7. Conecxión de los relés HCB y HCB-1 de la Westirig -

house. . '

- VII

ÍNDICE DE TABLAS

•Tabla I Pallas en equipos-de micro-onda.

Tabla II Fallas del equipo de miéro-onda (en porcentaje)

Tabla I-II El equipo de micro-onda frente a las variaciones del

clima.

Tabla IV Conflabilidad de los equipos de micro-onda.

Tabla V Valores standard de las capacitancias de los conden-

sadores de acoplamiento en función del coltaje de.la

línea.

Tabla VI Corrientes en condiciones de falla en función del —

voltaje nominal para trampas de onda.

Tabla VII Fallas em equipos de onda portadora (1)

Tabla VIII Fallas en equipos de onda portadora (2)

Tabla IX Unidades defectuosas y su proporsion de fallas..

Tabla X Causas de fallas y su proporsi5n de ocurrencia.

Tabla XI Cuadro comparativo de los sistemas' de onda portado-

ra y micro-onda cuando varían, las condiciones clima_

téricas.

Tabla XII Valores de resistencia y capacitancia shunt máximos

admisibles para hilos pilotos (Westinghouse)

CAPITULO I

INTRODUCCIÓN

1.1. Filosofía de las comunicaciones en un sistema de potencia.-

| En un. complejo de potencia con grandes centrales eléctricas

y sub-estaciones y en general un sistema de transmisión y. distri._

bución que cubre extensos territorios, tienen-'una eminente nece-

sidad de montar instalaciones adicionales para su protección y -•

seguridad, con gran capacidad y con funcioanamiento seguro y con

fiable. En la actualidad, dicha protección no puede consevirse

si no se cuenta con elementos para transmisión de información -

entre los distintos puntos del sistema. JEste trabajo tie'ne como

objetivo analizar en forma general los tipos de comunicación que

se utilizan, profundizando en lo que-a teleprotección selectiva

se refiere,sin- detenerse en diseño de equipos o tópicos netamen

te electrónicos.

1.2. Su importancia.- El servicio de suministro eléctrico sola -

mente puede realizarse si los distintos puestos de servicio pue-

den , en todo momento, comunicarse entre si, acerca de las even-

tualidades que se produzcan en el sistema, y de las medidas que

deban tomarse para solucionar estos problemas planteados". Esto

resulta particularmente interesante en los puestos previstos pa-

ra la dirección y coordinación del sistema, por una parte, deben

ser informados rápidamente de los datos más importantes referen-

tes al suministro de energía en el sistema, y por otra parte han

de tener posibilidad de intervenir en el servicio, bien sea en -

- 2 -

forma directa, por regulación a distancia de los generadores y -

máquinas motrices, por accionamiento -a distancia de los disyunto

res, etc., o bien sea en forma indirecta mediante señalización -

en los puestos intermedios, o como transmisión de señales en for

ma bilateral entre equipos de teleprotecci5n selectiva (relé) o*r_

denes verbales a puestos intermedios etc.,

Cualquier equipo de protección debe ser suficientemente se-

guro para que funcione cuando sea necesario. Debe ser capaz de

seleccionar entre aquellas funciones que se requiere un funciona^-

miento rápido y aquellas en las que no se debe funcionar, o se -

requiera funcionamiento de acción retardada. Y debe funcionar a

la velocidad requerida.SEl objeto principal de la teleproteción selectiva es detec-

tar la falla y desconectar el elemento defectuoso de un sistema

lo más pronto posible. La sensibilidad y la selectividad son

los factores escenciales para asegurar que-sean disparados los

interruptores apropiados, /j

1.3. Los medios necesarios para intercomunicarse, dando y reci -

biendo instrucciones, en un sistema de potencia, puede adoptar -

las siguientes formas:

1.3.1. üelemedida.- Comprende los dispositivos y procedimientos

eléctricos utilizados en "la medición a distancia de magnitudes -

eléctricas o no. eléctricas.

Si en una estación transformadora que las distancias pue -

den-medirse en decenas de metros, ya puede verse la conviniencia

de instalar equipos telemétricos, esto se convierte en una nece-

cidad cuando se trata de sistemas eléctricos interurbanos. (3).

- 3 -

1-3.2. Telemando.- Comprende los procedimientos indirectos, me -

diante ordenes de operación a distancia, es decir a procedimien-

tos de telemando.

En los sistemas eléctricos interconectados, las señales de

mando para conecxión o desconecxión, sobre subestaciones o cen -

trales eléctricas, se realizan desde el centro repartidor de car

ga. (11). - . ' .

1.3.3. Telecontrol.- Consiste en vigilar desde el punto central

zado de control, la marcha de la instalación y toma de decisio —

nes oportunas de acuerdo con las necesidades de servicio". El te_

lecontrol utiliza las técnicas de telemedida, teleseñalización y

telemando, más la técnica de teleregulación o regulación de má -

quinas e instalaciones individuales.

La regulación de uno o varios generadores conectados a una

red combinada, solamente resulta satisfactoria cuando se tiene -

en cuenta las normas de acoplamiento en paralelo, y la relación

existente entre la frecuencia y potencia. Para ello se actúa -

preferentemente sobre los reguladores mecánicos de velocidad de

las máquinas motrices. Actualmente y debido a la complejidad -

a que han llegado los sistemas eléctricos,' el telecontrol se -

efectúa con ayuda de computadoras. (12).

1.3.4. Teleprotecciones.- Bajo este título se agrupan los con -

ceptos anteriores de telecontrol, telemedida, telemando, "etc.,

porque todos colaboran para proteger el sistema eléctrico.

En el gráfico número uno podemos notar'la importancia de -

de la teleprotección. Si estamos protegiendo la línea en el -

tramo AB con relés de distancia no tendremos la seguridad de -

- 4 -

que los relés de la estación A dispararán los interruptores de •-

dicha estación para una falla en D o en E, debido a que la diferen

cia de impedancia de la línea entre estos puntos es pequeña compa-

rada con la impedancia total del tramo AB. Para resolver este pro

blema desde B enviamos una señal hacia A informando en que punto -

es la falla. Con este propósito nos valemos de señales de corrien_

te que se transmiten al extremo A y se comparan en ese punto con -

señales de corriente del mismo, ya sea en su dirección o fase, ya

que si la falla es externa al tramo protegido, la. dirección de co-

rriente en B será similar a A y la diferencia de fase será aproxi-

madamente cero, pero en el caso, de una falla interna tendremos la

dirección de corriente en B en sentido contrario al sentido an A y

su diferencia dé fase aproximadamente 180°grados. Por lo tanto si

los relés en A. están calibrados para operar bajo estas circunstan-

cias, tendremos una protección selecta y segura. Igual análisis -

se puede hacer en el extremo B.

A

- /./

- 5 - ' .

Habiendo establecido que el propósito de una protección pilo-

to es transmitir cierta información de un extremo de una sección -

de línea al otro para hacer posible el disparo selectivo, la cpnsi

deración siguiente es la utilización que debe hacerse de la infor-

mación. • Si el equipo de protección de un extremo de la línea debe

recibir cierta 'señal o muestra de corriente del otro extremo para

impedir el disparo en un extremo, se dice que el piloto es de blo-

queo. Sin embargo, si un extremo no puede disparar sin la recep -^

ción de una cierta señal o muestra de corriente del otro extremo,

se dice que el piloto es de disparo.

Este punto será profundizado, en el desarrollo de esta tesis,

donde hablaremos de la técnica más difundida en los sistemas de -

teleprotección selectiva. (9). ' •

1.4. Que es un piloto?.- Su clasificación.- La protección por. pi-

loto es una adaptación de los principios de protección dif eren... .-

cial para proteger secciones de líneas de 'transmisión. La prote_£

ción diferencial no se usa para lineas de transmisión, porque sus

terminales están separados por distancias muy grandes para ínter-

cónectar conectar.los secundarios de los transformadores de corri

ente en forma adecuada. La protección de respaldo debe proporcip_

narse con protección suplementaria.

El termino piloto significa que entre los extremos de una lí_

nea de transmisión hay un canal de interconecxión de alguna clase

en el que pueda transmitirse la información. tres tipos diferen_

tes de un canal semejante están ya en uso y_se los conoce por: hi_

lo piloto, piloto por corriente portadora y piloto por onda cen—

timétrica.

- - 6 -

Un hilo piloto consiste generalmente en un.circuito de dos h¿

los de línea telefónica, ya sean hilo abierto o cable; con frecuen

cia dichos circuitos están arrendados a la compañía local de telé-

fonos. '

Un piloto por corriente portadora para nuestros propósitos, -

es uno en el que se transmiten corrientes de baja tensión y alta -

frecuencia, 30 Khz. a 200 Khz., a lo largo de un conductor de la

línea de potencia, hacia un receptor en el otro extremo, la tierra

o el hilo de guardia funcionan generalmente como conductor de re -

torno .

Un piloto por onda centimetrica, es un sistema de radio de -

muy elevada frecuencia que funciona arriba de los 900 Mhz. el me -

dio de transmisión de la señal es el espacio.-i— -* • . . . . •

1.5. Criterio 'para selección de sistemas de telecomunicaciones.-

La experiencia de los ingenieros especialistas en teleservi -

cios, que actúa en las empresas generadoras y transmisoras de ener

gía eléctrica con redes regionales o nacionales , les permite fi -

jar. criterios, condu.centes a la elección del sistema de telecomu-

nicaciones que mas se adapta a'los distintos servicios.

Esta experiencia, combinación de proyectos y explotación, -

trae aparentado la visualizacion de los distintos factores atenuari

tes, ya sea técnico o económicos . que aplicados convenientemente -

permiten llegar a una solución satisfactoria.

Este trabajo trata, de efectuar el análisis de estos factores

y arribar a conclusiones aplicables a cada tipo de red eléctrica.

1.5.1. 'Factores técnicos.- Generalmente los factores técnicos más

importantes que influyen en la preselec.cion del sistema de teleco-

- 7 -

municaciones son:

a) Disponibilidad de frecuencias de operación, conforme a las au±o_

rizaciones a cada caso, por el ente estatal controlador de frecuen

cias. - • .

b) Disponibilidad del sistema de .transmisión en servicio que pudie

se utilizarse como apoyo al sistema de telecomunicaciones que se -

_• desea _concretar.

c) Grado de confiabilidad que se desea conferirle al sistema a ele

gir.

d) Grado de complejidad, que puede exigir el mantenimiento preven-

tivo, de determinado sistema.

e) Disponibilidad de fuentes de alimentación primaria de los equi-

pos integrantes del sistema.

1.5.1.1. Disponibilidad de frecuencias de operación.- Las frecuen-

cias de operación de los .distintos sistemas de telecomunicaciones

que se dispone, esta bajo el control del ente controlador de fre -

cuencias, que en el caso del Ecuador lo ejerce el IETEL, organismo

que aplica las siguientes reglas que se encuentran estandarizadas,

a) Banda de operación de 40 a 400 Khz.- Dentro, de esta banda de -

operación, desde el punto de vista de nuestro interés técnico espe_

cial, es muy importante ya que el sistema de onda portadora traba-

ja dentro de. este ancho de banda. Pero sucede que en esta banda -

operan otros servicios de comunicaciones como las estaciones fijas

y móviles marítimas y radiovalizadas para el tráfico comercial,por

lo-tanto esto exige de los responsables .en el uso de esta banda de

frecuencias el máximo de coordinación a efectos de no producirse -

interferencias serias en los diferentes servicios.

- 8 -

b) Banda de operación superior a 500 Mhz. (sistema mícro-onda).-

No tiene limitaciones esta banda de frecuencias, excepto que

su uso está restringido a aquellos sistemas donde el número de ca-

nales sea algo elevado (mayor a 24 'canales). El hecho que por pro

pagacion de frecuencia de esta banda, no permite cubrir distancias,

superiores a los 50 Kmts.

1.5.1.2. Disponibilidad del sistema de transmisión. - Para" la deter_

minacion del sistema de telecomunicaciones más adecuado, conviene-

. mas bien por razones económicas, analizar los elementos de tele_

servicios existentes ya sea en el mismo sistema eléctrico o como -

redes de comunicaciones interurbanas, con el objeto de poder deter_

minar la factibilidad de su uso, en la concreación de lo que se

busca seleccionar.

Así por ejemplo:

a) La existencia de ondas portadoras, con posibilidad de utilizar

sus acoplamientos.

b) La existencia, por lo genral dentro de los centros urbanos de -

determinada red de cables pilotos o telefónicos, que permita esta-

blecer sistemas de telecomunicaciones.

Elementos así existentes, obligan a considerarlo con seriedad

en muchos casos permitiría reducir costos del futuro sistema.

1.5.1.3. Grado de conflabilidad.- Diremos que la experiencia nos -

indica que no obstante contar con equipos de transmisión muy elabo_

rados técnicamente, el problema de estar sometidos a posibles fa -

lias en el funcionamiento aunque sea en menor medida obliga a estui

diar el problema con relación al perjuicio económico, o de seguri-

- 9 -

dad en la prestación del servicio, eléctrico, que dichas fallas de

funcionamiento, podrían ocasionar. •

Esta posible situación requiere que en los proyectos de tele

comunicaciones se prevean medidas especiales, de minimizar al má-

ximo los posibles riesgos.

Para estos casos, se puede optar para elaborar el sistema —

-considerando la posibilidad de:_

a) Establecer sistemas de telecomunicaciones de un mismo genera -

dor, con duplicación de los canales de transmisión vitales.

b) Elaborar un sistema de telecomunicaciones, con apoyo de distiii

to genero, pero de capacidad reducida. Por ejemplo, sistemas de

onda portadora, con apoyo de canales de radio. Este punto se ana_

lizará comparativamente en el desarrollo de esta tesis.

1.5.1.4. Grado de complejidad del mantenimiento.- Por lo general,

las empresas generadoras y transmisoras de energía eléctrica cueri

tan con personal especializado el telecomunicaciones , para la -

atención de servicio.

No obstante, debe comprenderse que salvo en aquellos casos .—

de empresas que realizan sus servicios en áreas urbanas y que por

lo tanto pueden contar con personal altamente especializado en in_

genieros y técnicos, existe el caso frecuente de empresas o divi-

sionales de una misma empresa que actúa en zonas de fomento, ale-

jadas de centros urbanos, donde la posibilidad de establecer un -

elencode personal especializado acercado a la zona, resulta muy -

problemático. Para este caso, la elección del sistema de teleco-

municaciones, requiere contemplar las necesidades de proyectarlo

con la menor complejidad técnica posible; nos ocuparemos de esto

- l O -

más adelante.

1.5.1.5. Disponibilidad de fuentes de alimentación primaria.- En

general, es frecuente que el sistema de telecomunicaciones con. -

terminales de onda portadora o micro-ondas, establezcan sus equi-

pos terminales dentro del recinto donde se ubica la estación trans

formadora o central generadora y por lo tanto pueden utilizar -

los servicios auxiliares existentes y los de emergencia para efec_

tuar la alimentación primaria de los equipos de telecomunicacio -

nes.

Cuando se eligen determinados sistemas de .telecomunicaciones

como por ejemplo el sistema de micro-ondas o U.H.F. que obligan a

la instalación de estaciones repetidoras dado su corto alcance, -

las que necesariamente deben estar en lugares estratégicos como

ser zonas no urbanas, cerros, etc., y donde en genral se carece -

de energía eléctrica primaria. Para estos casos deben procrearse

sistemas de alimentación primaria compuestos por turbinas a gas

orgánico (butano, propano, etc.,) esto exige aprovisionamiento y

mantenimiento, encareciendo y complicando técnicamente al siste-

ma,' por esta razón es aconsejable considerar de importante este

punto antes de dedicarse por determinado sistema de telecomunica_

ciones.

1.5.2. Factores económicos.- Es regla genral para quien proyec-

ta un sistema de telecomunicaciones para el apoyo de sistemas -

eléctricos de transmisión, que .a parte de reunir su proyecto -

exelentes condiciones técnicas, resulta económicamente de menor

costo posible.

Lógicamente este aspecto económico está normalmente influen_

- 11 -

ciado por dos factores que son:

1) Sub-factor de seguridad en la prestación de servicios eléc -

.trieos.

2) Sub-factor costos de sistemas de telecomunicaciones que cum-

plen con igual función y capacidad.

CAPITULO II

MICRO - ONDAS

2.1. Sistema de micro-ondas.- 'Hada la diversidad de teleservi-

cios, las grandes dimensiones de los sistemas eléctricos de po_

tencia y.la enorme inversión que significa su implantación, -se

ha visto en la necesidad de buscar un sistema de teleprotección

y comunicaciones con suficiente capacidad de canales y sobre -

todolo más confiable posible. Este es el caso del sistema de

telecomunicaciones mediante micro-ondas.

El sistema de micro-ondas es reconocidamente como el medio

más confiable de preveer comunicación punto por punto transmitían

.do. muchos canales de voz y telegrafía.

El canal de micro-onda es un sistema de alcance óptico que

funciona en una banda de frecuencia en EE.UU asignada por la co

misión federal de comunicaciones en la gama de 950 a 30-OOOMhz.

Un sistema tal requiere que desde una antena a otra pueda diri-

girse una línea .recta por arriba de unos 15 mts., sobre objetos,

de interferencia. Esto limita por lo general la distancia en —•

tre antenas a unas 20 a 50 millas, según la topografía del te —

rreno. Cuando se precisa un canal más largo, son necesarias:ve-

una o más estaciones repetidoras.i Una estación repetidora sig

nifica la duplicación del equipo base del canal. De esto se d_e_

duce que el costo del canal de micro-onda depende de su longui-

tud.

T—""'PI En el sistema de micro-onda la calidad de transmisión de -

- 1-..3 -

la señal,puede ser afectada por dos factores principalmente: -

propagación y fallas de equipo. Para minimizar las interrupcio_

nes debido a estos factores y aumentar la confiabilidad del ca-

nal de micro-onda, se utiliza diversificación de frecuencias y

equipos con señalización de falla.

.Además se debe disponer en todas las estaciones, de un e—

quipo generador de emergencia, para así asegurar que cuando fa_

lie el sistema de potencia, no se vean afectadas/las telecomuni_

caciones del sistema. Esto es un gran problema ya que si bien

es cierto, las señales de teleprotección no son importantes -

cuando, ya ocurrió". >la -.falla, no así las señales de telemetría,

telecontrol y voz, que ;se requieren para seguir operando el sis

tema.. Se recomienda que los equipos de emergencia sean diseña

dos para operar al menos 8 horas seguidas. i

4-, 'g!sn jjel sistema de micro-onda jfpp. elimina el equipo de aco-

plamiento y la trampa de onda, además se independizará a la se

nal de los efectos de fallas sobre la línea de transmisión ya '.

ue la señal se transmite a. través del espacio. /

• ' ; . . ..2. Protección vía micro-ondas.- La protección vía micro-ondas

es un tipo de protección selectiva y de alta velocidad, es el

tipo de protección de mejores características técnicas para lí_

neas de alta tensión. •

- Los esquemas utilizados•en micro-ondas son exactamente -

los mismos esquemas utilizados en onda portadora es decir: es-

quema de bloqueo por comparación direccional y comparación de

—-7"fase, x"y el esquema de disparo./ El sistema por comparación de

7fase será analizado cuando veamos el sistema de onda portadora

- 14 -

ahora solo detallamos los esquemas más utilizados en micro-onda./2,3. Esquema de protección con-relés de distancia que utilizan

'equipos de micro-onda.-

En la práctica se encuentran muy difundidos dos esquemas -

de protección con relés de distancia que trabajan en combina o

ción con- señales de micro-onda. Uno es el esquema llamado "blo

queo de. apertura por. comparación dir.eccional" y el otr.o es el -

esquema conocido como"transferencia de apertura" y que se pasan

a analizar en los párrafos siguientes. (19).

2.3.1. Esquema de protección de bloqueo de apertura por compara

cion direccional.-

En este esquema, en cada uno de los terminales de las lí -

neas existen:

a) Elementos detectores de fallas (uno para fallas de fase y

otro para fallas-de tierra) que inmediatamente que detectan la

falla envían señales vía micro-onda, y bloquean la apertura a

su respectivo terminal remoto.

b) Elementos direccionales (uno para fallas de fase y otros pa

ra fallas de tierra) que al operar, interrumpen el envío de la

señal de bloqueo, y en el caso de no recibirse señales de blo -

queo del terminal remoto, abren el interruptor respectivo.

En la Fíg. 2.1. se analiza el funcionamiento de estas pro-

tecciones en el caso de una falla interna, luego en el caso de

una falla externa a la línea protegida .

Falla interna: Inmediatamente después de haberse producido la -

falla F (figura 2.3), operan los detectores de falla en 'ambos -

terminales y, por lo tanto, se envían señales de bloqueo de a -

- 15 -

pertura a los terminales opuestos. Algunos milisegundos des ••—

pues operan los direccionales en A .y B, con lo que se interrum-

.pen las señales de bloqueo respectivas, y de no recibirse señal

de bloqueo del terminal remoto, se produce la apertura simulta-

nea de los interruptores del tramo AB.

Falla externa: Se analizará este caso para el terminal C supo -

niendo una falla en el tramo AB. Pueden presentarse dos casos:

1) Que la falla esté" tan alejada de C que los relés dé dicho -.

terminal no tengan alcance, en cuyo caso no hay peligro de una

falsa operación.

/\

Elemento direccional para fallas de tierra (relé de sp_

brecorri-ente direccional instantáneo) •

' Detector para fallas de fase (relé de distancia tipo -

inpedancia).

Detector para "fallas de tierra (relé de sobrecorriente

instantáneo).

Elemento direccional para fallas de fase (relé de dis-

tnacia tipo admitancia o de impedancia direccional).

Fig. 2.Í.

2) Que la falla este dentro del alcance de los relés de "C" en ~

cuyo caso, opera el detector de falla enviando señales de blo -

•queo de apertura hacia el terminal C. Los elementos direcciona

les del interruptor número dos en "B" no operarán y se manten -•

drá" la señal de bloqueo de apertura, por lo que el interruptor

"C" no podrá operar.

. HDet3,a explicaciop anterior, __en este esquema, de bloqueo de

apertura, lo fundamental es que al operar los elementos direccio_

nales y no recibirse señales de bloqueo del extremo remoto se —

producirá la apertura instantánea de los respectivos interrupto

res. Es decir,de existir algún desperfecto en el equipo de mi-

cro-onda se producirá'una falsa operación para fallas en seccio

nes de línea externas al tramo que se protege. Esto es una vci—

gran desventaja de este esquema con respecto a sus otros siíaila

res. .

/2.3.2. Esquema de protección de transferencia de apertura.— En

este caso, a diferencia del de bloqueo, las señales se transmi-

ten para transferir el disparo, la gran ventaja que presenta &s_

te esquema , es el hecho que aún cuando ocurra un desperfecto =

en el equipo de micro-onda no se produce una falsa operación, -

solo se retrasa el despeje de la falla en el tiempo que toma la

operación de la segunda zona de uno de los extremos.

Existen tres-variantes del sistema de protección transfe -

rencia de apertura: A) Transferencia•simple; b) Transferencia

con confirmación local; c) transferencia con confirmación local

y r,elés con sobre-alcance.

2.3.2.1. Transferencia de apertura simple.- En este esquema -

las protecciones de distancia tanto de fase como de tierra se -

ajustan a la forma convencional. Es decir, la primera zona con

•un alcance que cubre entre el 85 a 90% de la línea protegida. -

Al ocurrir una falla ubicada en el 10 a 15% cercano de un extrei_

mo, operará la primera zona respectiva. Esta junto con dar or-

den de apertura a su respectivo interruptor,envía mediante un e_

quipo de mioro-onda, una señal .de transferencia de apertura al^ - ••(' •*«:•*.-.- -A-i .1.v<'" yóíc~v• •-if&t> . a •.i.. •..*.•* .-.,. . .../.-.-•..*...•. "-7,ffi--

interruptor remoto. Al ser recibida la señal de .este terminal

y sin'que medie otro control adicional , producirá la apertura-

del interruptor.

En el caso que exista algún desperfecto en el qeuipó de mi^

cro-onda del extremo transmisor o receptor, el terminal remoto

operará a través de la segunda' zona en la forma 'usual. Al ocusí

rrir una falla ubicada en el punto dentro del alcance de las —

primeras zonas de los relés de ambos extremos, se dará la orden

de apertura de los interruptores a travé"s de estas zonas y algu_

nos milisegundos más tardé llegarán las señales de transferen<:-

cia que tambiém darán orden de apertura a los respectivos inte-

rruptores. (22.) .

¿>2.3.2.2. Transferencia de apertura con confirmación local. -7231,

esquema de transferencia esplicado en el punto anterior, preseri

ta el inconveniente de que pueden producirse falsas operaciones

ocasionadas por ruidos que llegan a los receptores y que son -

interpretados como señales remotas, ya que.no existe ningún con_

trol adicional. Se han puesto en práctica varias ideas para -

aumentar la conflabilidad del canal de transferencia. Sin em -

bargo, muchas veces se prefiere aplicar un esquema de transía —

- 06 -

rancia que soluciona este problema mediante el agregado de un -

control local adicional.

El esquema de transferencia de apertura con confirmación -

local es muy similar al simple, excepto que en cada terminal, -'

para la operación del interruptor ya no es suficiente la sola -

recepción de la señal de transferencia, si no que es necesaria

la operación de un..detector.de falla generalemte direccional, -

tanto' como para fallas de fase como fallas a tierra. Esta ope

ración confirma localmente que efectivamente hay una falla en

la línea protegida y habilita el circuito de apertura del inte-

rruptor respectivo. Como elemento detector de falla-se utiliza

un elemento direccional de segunda y tercera zona, lo que asegu

ra que el detector cubre totalmente la línea protegida.

2.3.2.3.- Transferencia de apertura con confirmación local y re_

les con sobre alcance.- •

Este esquema utiliza fundamentalmente un relé direccional

tanto para fallías de fase como para fallas de tierra, con un -

alcance que cubre más alia del 100% de la línea protegida. Es-

te elemento direccional al operar realiza dos funciones, por un

lado envía una señal de transferencia al extremo remoto y por -

otro lado habilita localmente el circuito de apertura del inte-

rruptor que se complementa al recibirse señal de transferencia-

del otro terminal. Como elemento direccional se emplea un elem

to de segunda o tercera zona.

Para una fallía en cualquier ubicación dentro de la línea

protegida, operarán los elementos direccionales de ambos extre-

mos de la línea y se enviarán señales de transferencia a los -

- 19-' -

terminales remotos, además en los terminales se habilitará el -

circuito de apertura del interruptor local. Los interruptores

habriran simultanemamente al recibirse en cada terminal la se-

ñal de transferencia. Este esquema se diferencia del anterior

en que, al ocurrir una falla cerca de los interruptores, este -

tendrá mayor selectividad y rapidez, porque dicha falla será" d&_

.tectada. por las. primeras zonas de. los relés de ambos extremos y

al mismo tiempo que habilitan sus respectivos circuitos de dis-

paro, transfieren la señal de disparo al terminal, siendo de es

ta manera inmediato el despeje de la falla. Entre tanto en el

esquema anterior, el un terminal debe esperar la confirmación -

local de un relédireccional de segunda y tercera zona, siendo -

r esta razón el disparo con retrazo de tiempo. (20). •

2.3.3. Comparación entre los esquemas de bloqueo-y transferen -

cia de disparo.-

En cualquier tipo de protección por canal piloto, dos fac-

tores son importantes: 1) apertura rápida de los interruptores

de los terminales de una línea en falla. 2) no apertura de los

mismos para fallas externas a la sección de línea protegida.

Esto quiere decir que todos los esquemas deberán tener al-

to grado de confiabilidad en la apertura 'rápida de la línea fa-

llosa y un alto grado de seguridad para prevenir falsas opera -

ciones durante disturbios del sistema así como también "en con-

diciones normales de operación.

En el esquema de transferencia de disparo, los siguientes

factores influencian en la confiabilidad y seguridad de protec-

ción.

- - 20 -

CONFIABILIDAD.-

a)•Conflabilidad del canal de micro-onda

b) Equipamientos

c) Ruidos • .

d) Error humano

SEGURIDAD

a) Ruidos

b) Error humano

El factor ruido, en le esquema de transferencia de disparo

puede afectar tanto a la conflabilidad cuanto a la seguridad.

En el esquema de.bloqueo influyen igualmente la conflabi-

lidad y la seguridad en la protección.

CONFIABILIDAD

a) Ruidos

b) Error humano •

SEGURIDAD - '

a) Confiabilidad del canal de micro-onda

b) Equipamiento

c) Ruido

d) Error humano

Se puede notar que los factores que influyen en la confia-

bilidad de este esquema, influyen en la seguridad del esquema -

transferencia de disparo,'y aquellos que influyen en la seguri-

dad influyen en la conflabilidad de dicho esquema. (18).

De esta manera, considerando el factor seguridad contra

falsas operaciones, concluímos que el mejor esquema para protec_

ción vía micro-ondas es el esquema de transferencia de disparo.

- 2.1 -

2..4. Medida de velocidad de canal.- Se considera sumanente impor_

tante la velocidad con la cual se despeja una falla, de ello de-

pende que el equipo protegido este soportando dichas condiciones.

Este tiempo viene dado por la siguiente relación.

T = ti + t2

T = Tiempo total de operación del canal

. . ti =f Tiempo de transmisión de la señal vía mi.cro-onda

t2 = Tiempo de operación de los relés desde que reciben la' 'se -

nal.

p 2.5. Consideraciones económicas.- El sistema micro-onda, es el -

sistema de comunicaciones que mejores características-técnicas .—

presta al sistema de potencia, pero no es menos cierto que es el

más costoso. Por esta razón es muy importante hacer un análi -

sis profundo del servicio que se quiere, antes elegir un determi

nado nodo de comunicaciones. A continuación se da un listado de

características de los complejos eléctricos en los cuáles se de-

bería utilizar telecomunicaciones mediante micro-onda.

a) Se implantará el sistema micro-onda en aquellos casos en que

la onda portadora nos de una atenuación demasiada elevada, enton

ees las micro-ondas nos proporcionarán mejores condicones de -

transmisión y recepción de señales.

i>) El sistema micro-onda tiene una enorme ventaja sobre el hilo

piloto y la onda portadora en cuanto a su capacidad de canales,-

este puede llegar a tener alrededor de mil canales dependiendo -

del tipo de equipo que se utilice, por lo tanto cuando la onda

portadora tiene limitaciones en este sentido se podrá pensar en-

un sistema de telecomunicaciones vía micro-onda.

- 22 -

Generalmente se halla su justificación para más de cien ca-

nales y en caso de tener excesó de estos, se suelen arrendar S -

servicios privados de telefonía. . ' . . ' •

>-2.6. Experiencia con estos equipos en otros país.es.- El sistema

de telecomunicaciones usando canal de micro-onda es relativamen-

te nuevo, la necesidad de su implantación tuvo lugar por primera

vez en los EE.UU. luego se ha id'o extendiendo en los sistemas -

eléctricos del mundo.

Como este estudio es realizado pensando en la posible apli-

cación de un equipo de micro-ondas en nuestro sistema eléctrico,

hemos tomado las experiencias que Chile y Perú han tenido con es

te tipo de telecomunicaciones; debemos decir que los equipos en

funcionamiento en dichos países están aún en período de acentami

ento. En las tablas I,II,111,IV, se sintetiza dichas experien -

cias en lo qie se refiere a: comportamiento de equipos, manteni_

miento preventivo de los mismos y un agregado de la experiencia

Chilena del comportamiento de este equipo con las variaciones -

climatéricas.

- 23 -

TABLA I FALLAS EN EQUIPOS DE MICRO-ONDA

Equipo de radio

Causas mas frecuentesde interrupciones.

Efectos Recomendaciones

Falta alimentación

Exceso de tempera-

tura.

Sobrecargas

Cortoc ircuito s

Fallas; transisto-

res, condensadores

diodos.

Cables interconexión,

fallados o abiertos.

Interrupción

total de ser_

vicio si exis

te un solo ra_

dio por vía -

micro-onda en

dirección co-

rrespondiente .

Mantenim. periódi-

co. Pruebas y me-

diciones sin inte-

rrumpir servicio.

Provisión de ser-

vicios. No tocar

los contactos con

la mano.

Fuentes de alimentación (baterías y rectificadores)

Corto circuito

Sobrecargas

Bajas tensiones

Falso contacto

Humedad

Suciedad

Falta de carga

en bateria.

Deterioro de

equipo. Calen_

tamiento de -

bobinas.

Contactos da-\

nados. Pía -

cas sulfata H.

das. Baja

tensión de su_

ministro.

Mantenimiento pe-

riódico de recti-

ficadores y agua

de baterías.

Verificación y

control de bate-

rias.

- 2 4 - .

TABLA II FALLA DEL EQUIPO MICRO-ONDA (EN PORCENTAJE)»

Periodo de observación del 1-8-72 a 28-4-73.

Unidad defectuosa % de fallas

Amplificado final _ 51.0 %

Oscilador local ' : 26.0 %

Amp. Banda base Tx,Rx . 8.0 %. * . .' •

Etapa multiplicadora de frecuencia 8.0 %

Unidad alimentación 5.0%

Falta de suministro red _ • 2.0 %

En lo que se refiere a las experiencias chilenas c las coinpa_

ñias Chilectra y Endesa, nos proporcionan datos generales del -

compartamiento del'equipo micro-onda frente a las variaciones me

tereológicas -

TABLA III EL EQUIPO DE MICRO-ONDA FRENTE A LAS VARIACIONES DEL CLIMA

Equipo Lluvia ' Nieve Corte ener_ Costo

gía normal. Manteni.

Micro-onda Bueno ' Regular Con emer - Normal

con una re_ cia.

petidora.

*Chilectra recomienda que para el mantenimiento de este equi_

po se debería tener un taller central con stock de repuestos y

personal especializado debiéndose hacerlo una vez cada seis me -

ses. (4). ,

- 2.5 -

TABLA IV CONFIABILIDAD DE LOS EQUIPOS DE MICRO-ONDA

SISTEMA MICRO-ONDA (PERIODO DE OBSERVACIÓN DEL 1-8-72 a 28-4-73)

ENLACES CONFIABILIDAD T.F.S. T.F.S. (PERIODO

DE OBSERVACIÓN)

Enlaces .pri -

marios.

Enlaces secujj

darlos.

- A.Centrales

- A.de trans-

foumacion.

99.94

99.86

98.27

00-52.2' 3.91 horas

02'4.92" 9.35

36'55.4" 111.75

T.F.S.= Tiempo fuera de. servicio.

CAPITULO III

SISTEMA P.L...C-.

- 2 6 -

CAPITULO III

SISTEMA P.L.C.

3.1. Naturaleza del sistema P.L.C.- La protección piloto median

• • te onda portadora, llamada protección carrier, resulta más —

económica y segura en las líneas de mediana y .gran, longitud,!

que la protección por medio de hilo piloto"! la cual trataremos

en el capítulo IV, I aún cuando .el equipo necesario en los tenni_

nales de línea protegida sea más complejo y costoso que el re-

querido en la protección mediante hilo piloto. En general en

todos los sistemas se reduce el costo que representa la insta-

lación del equipo carrier como photeccion, empleando el carrier

para telemedida, telecontrol, transmisión de datos, etc. -

Además, en ciertos casos, los condensadores de acoplamiento ne

cesarios para carrier suelen ser usados también como dispositi

vos divisores de tensión (8), economizando así transformadores

• de potencia .

Contrario a lo que es costumbre en la protección por me —

dio de hilo piloto, en la protección por carrier no se efectúa

una comparación cuantitativa de. corriente de los extremos de —

la línea protegida. En la figura 3.1. se muestra.esquemá"tiea_

mente el equipo que compone el P.L.C. En los extremos de la* •=•

línea se encuentran: los relés de protección, una unidad trans_

misor-receptor, un condensador de acoplamiento, una bobina de

coneccion a tierra. Los relés empleados son de alta velocidad

y es necesario disponer de unidades de protección contra fa —

- 2:7 -

Figura 3.1 Equipo de onda portadora típico para proteccio_

nes

1 1' Disyuntores

2 2' Transformadores de corriente

3 3' Barras de la sub-estaciónf

4. 4' Trampas de onda

5 5'• Transformadores de potencial

6 6' Condensadores de acoplamiento

7 7' Bobina de drenage

8 8' Equipo de onda portadora

9 9' Relés de protección

O O 1 Cable coaxial.

llas a tierra y otras contra fallas entre fases.

El transmisor se compone escencialmente de un oscilador y •'

.un.amplificador de potencia. Su potencia de salida es de 5 a

40 wattios variando para cada caso, su frecuencia puede ajus -

tarse -entre 30 a. 300 Khz. De la salida del receptor se conec-(.

ta directamente a los relés de protección. En una línea de -

dos terminales cada receptor se sintoniza a la misma frecúen -

cia o puede transmitirse con distintas frecuencias, si así se

lo desea, en cambio en un sistema de más de dos terminales, -

todos los transmisores y receptores deben estar, sintonizados

a misma freceuenciá de tal modo que cada receptor pueda reci-

bir las señales de los transmisores de los otros extremos.

La unidad transmisor receptor se acostumbra a instalar -

cerca de el condensador de acoplamiento a travez de un cable -

coaxial. (2).

Cada receptor de onda portadora recibe esta corriente de

su transmisor local lo mismo que del transmisor del otro extres~i

mo de la línea. En efecto, el receptor convierte la onda por-

tadora recibida en una tensión de corriente directa que puede

utilizarse en un relé o bien en otro circuito para realizar

cualquier otra función. Esta tensión es cero cuando no se es-..

ta recibiendo onda portadora.

/3.2. Características del sistema P_-L_-C_- sobre líneas de ten -

sion .- . .j

~ Como se dijo anteriormente, las frecuencias señaladas pa-r •

ra onda portadora están entre 30 y 300 Khz. Estas frecuencias

se acoplan y se transmiten sobre la línea de transmisión con

- 29 -

perdidas, relativamente pequeñas. Bajo los 30 Khz, es imprácti_

co el acoplamiento, sobre los 300 Khz. Las perdidas en la li-

nea son demasiado altas y su radicación en el espacio circun -

dante puede interferir con radio-servicios autorizados. (2). —

Las bandas de frecuencia asignadas, por los órganos controladp_

res de frecuencias para onda portadora, difieren de país a ¿

.-.país como se -puede., .apreciar en la tabla que. a continuación pre_

sentamos. (13) . • •

ALEMANIA 15 a 375 Khz. NORUEGA 44 a 155. •. Khz.

FRANCIA 50 a 380 Khz. SUECIA 50 a .300 Khz.

'ITALIA . 40 a 400 Khz. SUIZA 40 a- 460 Khz. ,

JAPÓN 10 a 450 Khz. USA. 30 a 300 Khz.

Los límites están fijados por consideraciones técnicas li_

gadas con los valores nominales de los circuitos de acoplamien_

to y trampas de onda.

La eficiencia del bloqueo de las trampas de onda decrece

con la frecuencia y un recurso de aumento de inductancia esta-

llmitada por motivos económicos. /

• Tomando en cuenta los valores de las capacidades de los -

condensadores de acoplamiento, (tabla V) , estos tienen un con-I,

veniente acoplamiento multicanal (7) .

3.2.1. Tipos de acoplamiento,.- El acoplamiento de el "equipo -

de onda portadora a la línea de transmisión puede hacerse de -

tres maneras, a saber:

/a) Acoplamiento fase-tierra.- Con este tipo de acoplamiento,

el equipo de onda portadora va conectado entre una fase de la

línea protegida y tierra. Las -ventajas de este tipo de acopla^

- .30 -

miento son económicas, ya que se requiere la mitad del equipo

que se'necesita para los otros dos tipos de acoplamiento que -

'veremos a continuación, es decir trampas de onda, condensado- -

res de acoplamiento, etc. Su limitación esta en la mayor.ate-

J nuación e interferencia,/por1 lo que su uso es aconsejable sola

mente cuando la onda portadora-es usada para protecciones, no

así-si se lo emplea para teleservicios.. Este acoplamiento se

lo emplea generalmente para líneas cortas. Fig 3.12.

/ b) Acoplamiento fase-fase (16). En este caso el circuito de -

onda portadora va conectado entre, dos'fases de la línea de po^

tencia. Con este acoplamiento disminuímos considerablemente -

la atenuación e intrarisferencia., pero por otra parte se requie_

re dos trampas de onda, dos condensadores de acoplamiento, dos

bobinas de puesta a. tierra, etc, , y esto conlleva al encareci-

miento del equipo.Se acostumbrará a hacer el acoplamiento eii

tre las fases separadas del circuito de potencia, porque así -

se consigue una menor atenuación (figl 3.13) en aquellas líne-

as de transmisión de doble circuito el acoplamiento se lo ha-

ce entre la fase de un circuito y la dase del segundo, tenien-

do así mejor confiabilidad.

c) Modo tres de acoplamiento. La , as baja atenuación se consjl_

ge en el caso en que transmisor-receptor es conectado entre la

fase central y las otras dos de fuera, .las cuales sirven como

retorno. DEbido a su alto costo este método es usado para li-

neas sumamente importantes y qué son de longuitud grande, fig -

3.14. (13).

3.3. Características de los equipos de P.L.C. sobre líneas de

- 31 -

-"-,/HhJ

Línea de potencian

f

7-

= z1 -Trampa de oí

2-Condenzador de aco_

plamiento

3-Sintonizadora equipo de O.P.

Figura 3. 2 Acoplamiento fase-tierra

-K

-S

-T

—I

1-Trampa de onda

2-Condensador de acó

plamiento

3-Sintonizador

a equipo de O.P.

Figura 3 . 3 Acoplamiento fase-fase

1-Trampa de onda

2-Condensador de acó

plamientoa"equipo de O.P.

3-SintonizadorFigura 3 .4' . Acoplamiento del modo 3

alta tensión.-

/3.3.I. Alimentación.- El equipo se alimenta generalmente a par_

tir de una red de A.C. 110/120. v, o a partir de baterías de 24,

48 voltios,/mediante diferentes elementos intercambiables.

En caso de ser la alimentación en A.C. se debe tener un e—

quipo de emergencia mediante sistema de baterías que por lo me -

nos nos supla la carga durante 6 horas. Todo dispositivo, de a-

limentacion generalmente viene con alarmas ópticas y acústicas a

fin de evitar fallas del equipo (II) . '•

< 3.3.2. Transmisor.- Anteriomente era importante, que mientras -

más potente sea el equipo, se tendría una mejor relación señal-

ruido satisfactoriamente en el terminal receptor. Actualmente -

con el desarrollo tecnológico se trata' de obtener el máximo -

rendimiento con la menor potencia 'posible de tal manera asegu -

rar un enlace confiable.

El nivel de ruido en las lineas de transmisión es más ele-

vado que en las líneas telegráficas, por cuanto es necesario ma_

yor potencia que los equipos utilizados en líneas telegráficas.

Este nivel depende de la construcción y mantenimiento de la lí-

nea de transmisión. Una línea de potencia buena para la trans-

misión de corrientes .de alta tensión es también buena para las

telecomunicaciones.

/ 3.3.3. Receptor.- El receptor debe ser capaz de recibir el ti-

po de señal emitido por el transmisor, además debe poseer un -

sistema de filtros para separar las señales deseables de aque -

• lias que no lo son.

3.4. Componentes del sistema P.L.C. para líneas de transmisión.

- 33 -

'3.4.1. Condensador de acoplamiento.- El condensador de acoplamien

to a más de 'proporcionar un camino a la onda portadora de las

tensiones de la linea de transmisión. Este dispositivo consis-

te en una serie de condensadores montados sobre un aislador de

porcelana, cuya capacidad está en el orden de 0,002 a 0,02 uE1.,-

dependiendo del voltaje de la linea y de los requerimientos de

carga; en la tabla I se tienen las capacidades estándar de es-

tos condensadores en función del voltaje (2).

Voltaje nomi - Capacidad del

nal de la línea condensador.

115 • Kv.

138

161

230

345

500

0,006 uF

0,005

0,0043 "

0,003

0,002

0,0015 "

Tabla V Valores estándar de las capacidades de los condensadc^

res de acoplamiento -en función del voltaje de la li -

nea.

3.4.2. Bobina de,'drena je (drain coil>- Esta bobina está montada

en*la base del condensador de acoplamiento, y presenta una baja

impedancia al flujo de corrientes de potencia a través del capa-

citor de acoplamiento, minimisando asi-las tensiones que se pue_

den producir en el punto X (figS.'l) en cambio a frecuencias de -

onda portadora presenta una alta impedancia minimisando asi las* ' ' ' '

perdidad de la señal en este punto. La inductancia de esta bo-

- 34.- . • - • '

bina esta en el orden de los 400mh., dependiendo su valor de -

las tensiones de la línea y de•las características del condensa^

'dor de acoplamiento.

/3.4.3. Trampa de onda.- La trampa de onda consiste esencialmen-

te en un .circuito resonante conectado en serie con la linea de

transmisión,- que presenta una alta impedancia para frecuencias

de portadora y a la vez una impedancia despreciable a las magni_

tudes de potencia. •

Las trampas de ondaü deben poder soportar las corrientes -

nominales de la línea de transmisión e inclusive las corrien -

tes de corto circuito durante un cortoNtiempo, sin sufrit da -

ños mecánicos en su estructura o excesivos calentamientos. A -

continuación presentamos una tabla con los valores de corriente

nominales y sus respectivos valores de corrientes en condicio -

nes de falla, para las trampas de onda según las recomendacio -

nes de la Westinghuose (tabla .VI)

Corriente nominalsistemática.

1

1

2

-3

"(AMP)

400

.800

.200

.600

.000

.000

Máxima corriente Corriente de límide 2 segundos mite mecánico .

(AMP)

15

20

36

44

63

63

.000

.000

.000

.000

.000

.000

(AMP)

15

20

36

44

63

63

.000

.000

.000

.000

.000

.000

Rabia VI Corriente en condiciones de falla en función del vol-

taje nominal para trampas de onda.

- 35 -

_••;.•-,! .>Del equipo electrónico propiamente dicho ya se dio una bre_

ve descripción a lo que se refiere 'a sus características, no e_s_

. 'tá* en el alcance de este trabajo profundizar.

—9><3.5. Protección por P.L.C.-y3.5.1. Antecedentes.- La protección por piloto de onda portado-

ra- es la mejor clase de protección y la más comunmente utiliza—

• da-en líne.a de alta tensión, se presta más corivenientemte pár-a

asociar el uso de.otros servicios tales como telefonía en emer-

gencia y disparo remoto.

Los tipos de equipo de protección piloto por corriente por_

tadora en uso regular, son: de comparación de fase y de compara_

ción direccional.

3.5.2. Comparación de fase.- La protección por comparación de-

fase es muy parecida a la de piloto de C.A., es el tipo de equi

po convencional más simple de protección piloto por -corriente

portadora. / Sin embargo, su mejor aplicación es en lineas de -

dos terminales; las aplicaciones de línea de terminales múlti -

pies requieren un examen .muy cuidadoso y la sensibilidad de prp_

tección es completamente inferior a la de dos terminales (9) .

El hecho de que la protección de respaldo sea independien-

te del equipo de comparación de fase, es una ventaja desde el

punto de vista de mantenimiento.

La protección por comparación de fase no utiliza transfor-

madores de potencial, solamente de intensidad,

a) Sensibilidad del equipo.

Se debe lograr que la atenuación no sea muy alta y que la-

sensibilidad y rapidez del equipo de protección sean eficientes.

\ 3'6 - .i

Por otro: lado no se debe ajustar el equipo de 'tal modo _ que sea

más sensible que lo necesario por cuanto se podría estar sobre-

•cargando los transformadores de corriente en forma excesiva.*

I En la práctica el equipo se ajusta de tal manera que la. orí

da portadora no sea generada, al menos que la corriente de fa -*•

lia exceda la corriente máxima de carga./ El objeto es prolon -

gar en otros .tele-servicios.' • -* . • * * • . « • . • • - • • «

/ b) Protección por P.L.C. por comparación .de-iéa-se-r- ¿f ' (~c-^-e" •

Con equipo de comparación de fase los relés de protección

de onda portadora por comparación de fase utilizan una magni -

tud de operación monofásica obtenida de un filtro en el cual -

se combinan las corrientes de línea y dan. una magnitud monofá^

sca.

La diferencia de fase entre las señales de ambos extremos

de la línea protegida determinan la operación de los interrup-

tores./ En la Fig. 3.1 se muestran esquemáticamente los ele-

mentos principales del equipo en cada extremo de la línea de-

dos terminales que utiliza un piloto por onda portadora, la se_

nal monofásica que sale del filtro se aplica a un transmisor —

de onda portadora y a su vez a un comparador. También se apljL_

ca a un comparador la salida del receptor de onda portadora.

El comparador controla el funcionamiento de un relé auxiliar -

para el disparo del interruptor de la línea de transmisión (6) .

En la figura3.5 se muestra como la corriente de disparo -

del relé varía como función de la diferencia de fase entre las

magnitudes comparadas provenientes de los dos extremos dé la '

línea protegida. El disparo ocurre, cuando la corriente del re-

- 3.7 -

le exede su valor de Pick-up, el cual lo hace.para todos los va_

lores de ángulo de fase .excepto en la zona- 180°más o Menos 30?

.La zona de bloqueo es más pequeña que la zona de disparo que -

cubre el riesgo de una fa,lsa operación. (6) Fig.3.5. En todo ca_

so el momento que haya una falla el ángulo de desfasaje está

muy lejos de ser 180° + 30? más bien se aproximará a "O". (8).

CofiGtEHT£ BN £i RELÉ.

CORRIENTE

PICK-UP.¿>£L RELÉ \

11

1 T !

(.mnj-30

-2.0

-10

rI fiAt/ao DE &WQUEO

1I r

o* 150" ¿80° 2ÍO*

Dlfkf)e.NClf\ FASE

Figura'3.5. Corriente de funcionamiento para el relé (O.P.) en

función de la diferencia de fase de las corrientes de los extre_

mos de una línea protegida.

Será evidente de lo anterior que/el piloto por comparación

de fase es un piloto de bloqueo, ya que no se requiere una se -

nal del mismo para permitir el disparo/; La falla del piloto no

impedirá el disparo., .pero...no será selectivo bajo dichas circuns

- -38 - /

táñelas ; esto es, puede ocurrir el disparo indeseado. Un cor-

tocircuito en la línea protegida entre tierra y el conductor, -

•al cual esta acoplado el equipo de onda portadora, no interferi__

ría con el disparo deseado, porque no se requiere de transmis

ón de -corriente portadora para permitir el disparo; las fallas

externas," que están al otro lado de la trampa de onda, no afec-

tarán la transmisión adecuada de corriente portadora cuando es-

ta se requerirá. '

En lo que a protección por comparación direccional con e -

quipos de onda portadora, son los mismos que se estudiaron cuan

do hablamos de protección direccional vía micro-ondas, razón -

por la cual no se analizarán en este capítulo. Del mismo modo,

el equipo por comparación de fase que acabamos de ver se utili-

za también con equipos de micro-ondas.

3.6. Experiencia con este tipo de equipo en otros países.- -

Transcribiremos los resultados mostrados en los siguientes

cuadros, estos resultados se refieren a los equipos en período

de asentamiento de los países Chile y Perú, que por razones ex_

puestas en el capítulo anterior los tomamos. (Tablas VII,VIII,-'

_ .39 _

SISTEMA ONDA PORTADORA

Equipo de onda portadora transistorizado.

Causas de falla Efectos Recomendaciones

Falla en la red

Falsos contactos

Descargas tierra

alta tensión.

Elementos defec-

tuosos.

Interrupción total

del servicio de di-

rección correspon -

diente, si existe

un solo equipo.

Mantenimiento pe -

riodico y ajuste

de niveles. No to_

car los contactos

con la mano.

Tabla VII. Fallas en equipos de onda portadora (1)

Equipo de onda portadora a válvulas

Causas de falla Efectos Recomendaciones

Desgaste de val -

vulas.

Falla en la red Interrupción total

del servicio en d_i_

reccion correspon-

diente, si existe

un solo equipo. -

Deterioro de equi-

po especial. Da -

ños en otros cir -

cuitos y elementos.

Pruebas periódicas

Ajuste de niveles

y control periódico

Existencia de válvu_

las y repuestos.

Tabla VIII. Fallas en equipos de onda portadora (2).

• • - 4:0 - •

Unidad defectuosa ' Proporción de fallas

- Unidad reguladora de niveles ' 1 : 3

- Fuente de alimentación' . ' . 1 : 3

- Circuito híbrido y . 1 : 3

Onda portadora (autocomunicador)

Tabla- IX, Unidades defectuosas -y su proporción de fallas, en--

equipos de onda portadora.

Causas de fallas Proporción de fallas

- Sobrecargas 1 : 3 • •

- Exceso de temperatura • 1 : 3

- Otras influencias externas (roedores).1:3

Tabla X. Causas de las fallas y su proporción de ocurrencia en

equipos de onda-portadora.

Sistema Lluvia Nieve Corte ener- Mantenimi-gía normal ento.

Onda portadora Bueno Regular Con emergen_ Normal..

cia.

Micro-Onda Bueno Regular. Con emergen_ Normal

cia.

Tabla XI. Cuadro comparativo de los sistemas de onda portadora

y micro-onda cuando varían las condiciones climateri_

cas. Además se recomienda hacer mantenimiento por -

. lo menos una vez cada dos años1 (4) .

- 41 -

CAPITULO IV

HILO PILOTO

4.1. Consideraciones generales.- En los capítulos•II y III he -

mos estudiado la teleproteccion, como parte del sistema de tele_

.comunicaciones, mediante micro-hondas y onda portadora sistemas

que, 'a diferencia del hilo piloto, no requieren de una conexión

solida adicional entre los terminales de la línea protegida. —

El hilo piloto -aam£LjU3s__ Í3Í raas--ycr ^ necesita para -

su función señales de corriente en los terminales de la línea -

protegida y unir dichos terminales mediante 2 hilos de tipo de

línea telefónica./ Con frecuencia dichos circuitos están arren-

dados a la compañía local de telefonos./ La protección por hilo

piloto se utiliza en circuitos de media tensión y en líneas de

transmisión de alta tensión cuando económicamente no se justifi_

ca un piloto por corriente portadora./ Porque la protección de

ciertos cables de potencia puede utilizarse el hilo piloto debi_

do a que la atenuación del circuito del cable es muy elevada pa_

<ra la corriente portadora.

7 Por lo general, -se utilizan hilos pilotos de hasta 15 kilo_

metros ya que, las limitaciones técnicas de la longitud de un -

circuito piloto, son su resistencia y su capacidad./ Algunas o—

casiones se utilizan reactores por compensar la capacitancia -

cuando esta es elevada. /Una desventaja importante del hilo pi-

loto es su demasiada exposición a la posibilidad de disturbio,,

por lo que se deberá tener gran cuidado, al optar por el y se -

ieccionar la protección.

4.2. Protección por hilo piloto de corriente continua.- La pro-

•tección con hilo piloto de corriente continua/esta restringida

a casos muy especiales, particularmente para líneas las cuales^

pueden derivarse en un punto o más puntos, sin embargo este ti-

po de protección-para otro tipo de requerimientos, es casi obso_

leto.

Rd Bo • Rd Bo

Rsd Rsd

Hu.08 P'l-OTOS

Pig. 4.1. . Hilo piloto de corriente continua

Rd= Contactos del relé direccional

Rsd= Contactos del relé sobre corriente

Bo= Bobina de operación.

, En la Fig. 4.1. se muestra esquemáticamente un ejemplo de

protección mediante hilo piloto de corriente continua. Los e-

quipos de protección de ambos terminales están conectados en -

serie con una bateria, la cual en condiciones normales hace -

circular corriente a través de los contactos de un relé de so -

bre-corriente cerrándose el circuito de esta manera en ambos -

terminales. Cuando sucede una falla interna, entonces se "ha -

- 43 -

bren los contactos del relé de sobre corrriente y se cierra los

contactos de un relé direccional que por estar en serie con la

bobina de disparo produce el disparo de su respectivo terminal,

al ocurrir esto en ambos terminales sale de servicio la línea -

fallosa. Por lo tanto podemos decir que este es un piloto de-

bloqueo donde la señal de bloqueo es una interrupción del flujo

de corriente. (9).

4.3. Protección con hilo piloto de corriente alterna.- La pro -

teccion piloto por corriente alterna, solamente requiere seña -

les de corriente y de .aquí que este tipo de protección se llame

por comparación de corriente. Los esquemas de comparación de

corriente se dividen en: esquema de corriente circulante y es -

quema de tensión de oposición. Un esquema simple de corriente

circulante se muestra en la Fig.4.2.

T.C.

«.

INTERRUPTOR INTERRUPTOR

HÍLOS

g RELÉ U* LOTO s RELEÍ

N

í I í í

T.C.

í

Fig. 4.2. Ksquema de hilo piloto tipo corriente circulante.

- 44 -

Un análisis de operación de este esquema supone que la im-

pedancia del hilo piloto es despreciable en comparación con la

impedancia de los bobinados dé los relés y que el secundario de

los transformadores de corriente puedan .ser mirados como -Jtaen -

tes constantes de corriente. Bajo esta asum fsión la 'corriente

del transformador de corriente se divide igualmente entre los -

dds relés, como se muestra en la Fig. 4.3.

íooo

10

_\¿_/\. 4.3. Hilo piloto 'tipo corriente circulante. Falla inter-

na alimentada desde el lado izquierdo de la línea.

- 45 -

FALLA

RCIC RELÉ

O

. V t

HILOSPVLOTOS

Fig. 4.4. Hilo piloto de corriente circulante. R= Resistencia -.

de HP. Esquema para una falla alimentada desde el la_

do izquierdo.

Bajo condiciones normales o de falla externa, la corriente

circula a través del hilo piloto y los bobinados del transforma-

dor de corriente pero no a través de los relés. Bajo condicio_

nes de falla interna la corriente fluye a través de los relés -'

causando el disparo de los interruptores. La regulación de co-

rriente del relé debe ser suficientemente alto para evitar fal-

sas operaciones durante fallas externas debido a la diferencia-

de las corrientes de transformadores.

Nótese que una falla en el hilo piloto causaría una falsa

operación: Un corto circuito en el hilo piloto impediría el

disparo a menudo para una falla interna, y un circuito abierto

causaría disparo bajo condicones normales.

Generalmente la impedancia del hilo piloto no puede ser -

'despreciada. Esta impedancia altera la distribuciín de corrien_

tes de tal manera que para una falla externa habría circulación

de corrientes en los relés. En la fig. 4.4. se presenta un es-

quema de corriente circulante en el que se toma en cuenta la im

pedancia del hilo piloto. (8) • . ' '. '

REUS VS S06RSCQRRSKT6.

Figr 4.5. Esquema de hilo de tensión de oposición.

En la fig. 4.5. se muestra un esquema simple de tensión de

oposición. Bajo condiciones normales y fallas externas las cai_

'das de tensión en las resistencias "R" son iguales y por lo tan_

to no hay circulación de corriente en los hilos pilotos y en los

relés que están concectados en serie con ellos.

Generalmente se interpone un transformador de aislamiento-

entre el hilo piloto y el equipo terminal. Esto sirve para va-

rios propósitos:

1.- Permite la puesta a tierra de los secundarios de los trans-

formadores de corriente-para seguridad.

- 47 -

2.- Protege el equipo terminal de los voltajes que aveces son -y

inducidos en los hilos pilotos. (10).

' Los esquemas de hilo piloto hasta aquí analizados son apli_

cados a un solo conductor, para protecciones de una línea trifá_

sica son usados tres de tales circuitosy -requiriendo 4 hilos pi_

lotos, uno para cada fase y el cuarto dei comuh.retorno. Esto_ -

se convierte en una seria desventaja para este sistema de pro-

tección, pero esto ha sido superado con la incorporación de un-

fi.ltro de secuencia colocado entre el transformador de corrien-

te y los hilos pilotos. 'Este filtro de secuencias convierte la

señal trifásica en una señal monofásica para usarse en los pilo_

tos. (Un estudio detallado de estos filtros se encontrará en -

la referencia 17 de la bibliografía ).

Varios esquemas han sido desarrollados con este criterio,

siendo los principales los desarrollados por la Westinghouse el

tipo HCB y HCB-1 y el tipo CPD desarrollado por la General

Electric.

En la Fig. 4.6. se muestran los esquemas de la Westinhouse

nos detendremos en estos esquemas por juzgarlos de importancia

i •. •'para nuestros propósitos. Estos esquemas s,on similares al tipo

de corriente circulante ya. analizado anteriormente - Las bobinas

de operación y retención son alimentadas a través de rectifica-

dores de onda completa separados. En el máximo "Tap" del bobi-

nado de retención, la corriente en la bobina de operación (Top)

requerida para su funcionamiento es: .

Iop= (0,16 Ir + 8 ) mA En el Tap más alto de la bobina

de retención.

- .48 -

Iop= (0,12 Ir + 8) mA En el Tap más bajo de la bobina -

de retención.

'Ir. es la corriente de la bobina de retención en mA.

Los 8 mA constantes en ambas ecuaciones es debido a los efectos

C |de los imanes permanentes. (2).

0

-g^I^ \ N

pSS^T

•

TTD-

Q

FtUTRO

PE

SECU ENCÍA

1

I *"

X

R

1 r

«11-05

°P PILOTOS

I

R

: OP

H

•

•í

P — ' \ n u

P 1 LTftO

DE

SítOt-ViCÍ/s,

3- R

3

Fig. 4.6

R = Bobina de retensión

OP = Bobina de operación " .

Esquema simplificado de los tipos HCB y HCB-'l de la

Westinghouse para hilos pilotos.

- :49 - -

En la Fig. 4.7. se muestran las conexiones de los relés

HCB y HCB-1 para el sistema de hilo piloto de la Fig.4.6. el -

transformador de aislamiento junto con el diodo zener limita la

energía hacia el hilo piloto, cuyos máximos límites son 60 vol-

tios para una falla interna y lOOrnA para una falla externa (2) .

3 lo

tb

T1LTRO

Oí

hiVr

o G.H

10 mFPlLOTOi

Fig. 4.7. Conexión de los relés HCB y HCB-1 de la Westing -

house.

- 5.'O -

4.4. Comparación de hilos pilotos de corriente directa y_ corri-

ente alterna.-

De manera general se puede concluir que el piloto por co —

rriente alterna, presenta .mejores características técnicas econó-

micas para la protección de sistemas eléctricos. A continua -

ción damos ciertas ventajas del piloto de corriente alterna so-

bre el de corriente continua; en piloto por corriente alterna

no requiere de fuente de alimentación adicional, el piloto de —

corriente continua si. 2) Ya que el piloto por corriente alter

na no utiliza relevadores separados de bloqueo y disparo, se -

evita el problema de diferentes sensibilidades de bloqueo y dis

paro. 3) Los pilotos por corriente alterna no siempre son apli-

cables a líneas con terminales múltiples, debido a que estas

usan transformadores saturables para limitar magnitudes de ten-

sión y corriente de hilo piloto por esto se debería obtenerse

el consejo del fabricante antes de intentar la aplicación de -

di/chos equipos a líneas con terminales múltiples. (9) .

4.5. Requisitos de hilo piloto.- Las grandes desventajas con —

las que se debe enfrentar cuando se diseña un sistema de pro -

teccion con hilo piloto son: la resistencia, capacitancia shunt

de los hilos pilotos y los sobrevoltajes inducidos en los hilos

por los cortocircuitos de potencia vecinos. Se han desarrolla-

do técnicas para minimizar estas efectos. Para compensar la -

capacitancia shunt se utilizan reactores de compenzacion; para

reducir los voltajes inducidos desde los circuitos de potencia

se apantalla los hilos pilotos con fundas metálicas poniendo -

las a estas fundas a tierra en las estaciones terminales, así -

- Si-

se logra disminuir hasta un 50% estos voltajes./ Existen también

voltajes inducidos por inducción mutua entre los hilos pilo_

tos, pero esto se contraresta trasponiendo los hilos unas dos —

veces consiguiendo así buenos resultados, los límites tolera -

bles de los voltajes de capacitancia y resistencia máxima admi

sibles se puede ver en la tabla XII.

Número de

Relés.

2

3

Relación

4 :

- Rl

2000

500

den

1

Cs

1.5

1.8

transformador de aislamiento

6 : 1

Rl Cs

—

1000 0.75

Rs = Resistencia serie del H.P.

Cs = Capacitancia shunt del H.P.

Tabla XII. Valores de resistencia y capacitancia shunt máximos

admisibles para hilos pilotos (Westinghoúse).

Para piloto de corriente alterna, el recurso para dieminu-

ir la resistencia de los hilos aumentando el diámetro del con -

ductor significa una elevación de costos, es por eso que la -

protección por hilo piloto se ve limitada para líneas cortas y

en casos especiales, dependiendo del tipo de piloto, donde una

línea puede derivarse a otras estaciones en uno o más puntos.

Sin embargo, la protección piloto no es indicada para sistemas

complejos de potencia por que en dichos sistemas las necesida -

ejes de canales de comunicación entre los distintos terminales, -

son múltiples, de tal manera que se podrá pensar en sistemas -

como el P.L.C. o micro-onda para suplir estas necesidades y . -

- 52 -

operar en líneas de gran longuitud. El circuito piloto ideal -

es aquel que es propiedad del usuario. (2).

.4.6. Protección con hilo piloto.-En general, la protección por"

hilo piloto no se considera tan segura como la protección con

onda portadora debido a su demasiada exposición a la posibili-

dad de disturbio. Se debe tener mucho cuidado en la obtención

de la sensibilidad y velocidad adecuada. Los fabricantes des -

criben como hacer esto, cuando se conocen las magnitudes de la

corriente de falla máxima y mínima para fallas de fase y tierra

en cualquier extremo de la línea. No se debe ajustar el equipo• • j

con mayor sensibilidad de la indicada para no sobrecargar los -

transformadores de corriente. A las corrientes de falla de fa-

se son bastante elevadas, entonces se puede ajustar el equipo a

un mínimo de 25% mayor que l'a corriente de carga máxima. La -

protección en si ya ha sido analizado en el.desarrollo de este-

cápitulo, ahora solo nos concretaremos a mensionar su aplica -

ción en líneas de terminales múltiples. Estas se pueden prote-

ger bien con el hilo piloto, aunque la protección adecuada para-

fallas de fase es imposible. Esto se debe a que en las deriva-

ciones generalmente se utilizan trasnformadores delta-estrella

y estos están en circuito abierto para las corrientes de secu-

encia "O" en el lado de alta tensión. A menudo se puede propor_

cionar buena protección contra fallas de fase en una línea se -

mejante , mediante relevadores de distancia, debido a que la im

pedanciá del transformador en cada derivación es tan elevada -

que estos pueden ajustarse, generalmente, para proteger 80% a -

90% de la línea sin alcanzar a través de cualquiera de los -

- 53 -

transformadores.

/ La protección por hilo piloto no proporciona protección de

respaldo. Para este objeto se utilizan relés de sobrecorrien-

te y de distancia separados. Los relés de distancia se utili -

zan como protección de respaldo aunque las líneas sean demasia-

do cortas para utilizarlos como protección primaria, y la zona

de alta.velocidad sea inoperante.

CAPITULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

"S"

- 54 -

CAPITULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1. Introducción:

En el desarrollo de este trabajo se ha anali-

zado en forma más o menos exhastiva las posibles formas de comu_

nicacion que se utilizan como apoyo a la operación y manteni -

miento de un sistema eléctrico de potencia, dichas formas de co

municacion las hemos agrupado en tres sistemas totalmente dife-

rentes , tanto por sus caracteristicas técnicas como por su cos-

to. En este capitulo haremos síntesis de todas estas caracter-

ísticas para establecer sus diferencias y poder mostrar venta-

jas y desventajas de cada uno de ellos comparativamente. Así -

mismo analizaremos los criterios aplicados por INECEL para se -

leccionar el sistema de telecomunicaciones que se implantará en

el 'sistema eléctrico Ínterconectado ecuatoriano. Pero el obje-

to principal de esta tesis ha sido el estudio detallado de los

tipos de protección que con cada uno de los sistemas podemos u—

tilizar, tratando siempre de optimizar la .relación conflabili-

dad - costos a fin de estar en condiciones de poder recomendar

tar o cual sistema.

- 55 -

5.2. Cuadro comparativo de los tres sistemas.

Sistema de co-municación. Ventajas Desventajas

HILO

PILOTO

ONDA

PORTADORA

MICRO

ONDA

1) Es económico para lí- 1)

neas cortas.

2) Puede ser usado para

comparación de mag -

nitudes. 2)

3) Apropiado para J.1 -

neas con áe'rivácio' -

nes.

Suceptible a todos

los elementos y -

cambios de la natu_

raleza.

Requiere equipo de

protección adicio-

nal". ' " ' n ' "

1) Es un sistema confia_

ble, pues utiliza la

propia línea de trans_

misión.

2) Lo más económico para

un pequeño numero de

canales sobre gran -

des distancias.

3} Es menos s'uceptible

a elementos.natura -

les.

4) Adaptable a servicios

de telecomunicaciones.

1) Suceptible al rui-

do de la línea.

2) Limitado espectro

de frecuencias.

1) No es afectado por el

ruido de la línea.

2) Transmisión de gran -

numero de canales.

1) Inversión inicial

grande.

2) A menudo requiere

de repetidoras -

con su consecuen-

te elevación de -

costos.

3) Las condiciones -

climáticas entre

más pueden produ-

cir la pérdida -

gradual de señal.

- 56 -

5.3. Criterios aplicados por INECEL.- El suplir de energía las

principales áreas del Ecuadora través de grandes líneas de

.transmisión, ha llegado a un punto donde es indispensable un -

sistema de comunicación que presté ayuda al sistema, esta ayuda

se concretará a lo siguiente:

1) Operación eléctrica del sistema, en un esfuerso por proveer

de energía eléctrica confiable y a bajo costo.

2) Supervisión de condiciones de operación,.para satisfacer po-

tencia a voltajes de frecuencias previstas.

3) Limitar el tiempo de falla y sus consecuencias.

Estas funciones estarán centralizadas en el centro de des-

pacho de carga que posiblemente 'funcione en Quito y que estará

interconectado con las más importantes estaciones de transforme!

ción y generación.

5.3.1. Posibles tipos de comunicación.- Para resolver'los pro -

blemas de INECEL, se ha visto en la necesidad de disponer de un

propio sistema de comunicación, ya que por encontrarse las est_a

ciones lejos de las zonas pobladas, es imposible utilizar los -

elementos ya instalados por IETEL. Esta y por razones ya ex -

puestas cuando se hablo de el Hilo Piloto han llevado a INECEL

a tener su propio sistema de comunicaciones.

Para INECEL, que le pertenecerán--.las líneas de transmi

sión, la red en si misma será el más importante recurso de co-

municación. Además el problema de proveer solamente pocos cana

les para control administración y teleproteccion ha sido factor

predominante para que INECEL opte por la onda portadora sobre -

las lineas de alta tensión' Ocacionalmente, sin embargo, si se

- 57 -

requiere mayor numero de canales se podrá contar con el apoyo -

de sistemas telefónicos multicanal de el tipo utilizado por las

autoridades postales. .

Se ha analizado la posibilidad de implantar un sistema de

comunicaciones que ofrezca muchos canales de comunicación y sea

lo más confiable posible, este es el caso del sistema de comun^

cación vía micro-onda, pero su realización demanda costos muy -

superiores a -los que -se requiere en onda portadora e.hilo pilo-

to y esto debido a la topografía del terreno, que se necesita

antenas repetidoras con su consiguiente aumento de costo. Se -

deshecho este sistema para las necesidades presentes y a corto -

plazo, previéndose su -obligada implantación para el futuro cuan

do se incorporen las centrales de generación hidráulica del Co-

ca y Guallabamba, que en ese caso se justificará los gastos de-

puesta en trabajo de un sistema de comunicación vía micro-onda,

y sus características técnicas suplirán la densidad de tráfico

en las comunicaciones que" se plantearán.

5.3.2. Sistema de comunicación seleccionado por INECEL.- El sis_

tema que más conviene a INECEL, por todas las razones expuestas

<.y por la gran experiencia que existe em este sentido y en otros

países latinoamericanos que tienen sistemas eléctricos con ca-

racterísticas técnicas y topografía similares a las nuestras, -

resulto ser el sistema de comunicaciones, por onda portadora.

5.3.2.1. Descripción del sistema.- Para la operación de la onda

portadora en el sistema eléctrico Ecuatoriano se ha escogido -

entre 15 Khz a 500 Khz, el rango de frecuencias de operación; -

las trampas de onda estarán diseñadas para soportar la corrién-

- 58 -

te nominal de las líneas de transmisión mientras que los capaci

tores deberán soportar la tensión nominal de la línea. Las -

trampas de onda estarán suspendidas de la línea de transmisión

y los capacitores estarán eregidos sobre pedestales o torreci -

lias.. ' El modo de acoplamiento a emplearse se ha llegado a la -

conclusión de que el acoplamiento interfase cumple con los re -

querimientos de INECEL, un acoplamiento fase-tierra tiene alta

atenuación y solo se usa para líneas cortas y un acoplamiento -

del modo tres encarecería el sistema sin presentar diferencias

técnicas considerables con el sistema seleccionado.. Para la se_

lección de los capacitores, trampas de onda y demás equipo se

ha tomado como guía las normas del "National Electrical Manufac_

turers Association" (HEMA) de los Estados Unidos. Así por ejem

pío para los capacitores de acoplamiento se ha escogido así:

Para líneas de 138 kv capacitor de 16.000 Pf

Para líneas de 230 Kv capacitores de 10.000 Pf.

Con respecto a los esquemas de protección finalmente selec^

clonados para los diferentes elementos constitutivos de las lí-

neas de transmisión del sistema nacional de transmisión, presen_

tamos una breve descripción. La mayoría de estos esquemas han

'experimentado una evolución progresiva desde su concepción ini-

cial hasta su estaso actual, teniendo a una optimizacion de los

mismos. (14).

a) Protección de línea de 230 Kv.- Las líneas de 230 Kv const_i_

tuyen la columna vertical del sistema nacional de transmisión,

están diseñadas con extructuras de acero para doble circuito,

con conductor ACSR.

- 59 -, t,

f

Loa terminales de línea están conectadas a las barras de -

las subestaciones, que están diseñadas con un esquema de doble

'barra. Se ha. previsto un seccionador de desvío, (By-PASS) para

el disyuntor de línea.

La protección de estas líneas, esta constituida por: un es_

quema de"disparo permisivo transferido de sobrealcance". La -

transferencia de disparo se realiza mediante una señal de onda

portadora superpuesta en la línea de alta tensión. Este esque-

ma se justifica por su seguridad de operación, ya que para que

se efectúa el disparo es preciso que: el relé direccional detec_

te la falla y luego para que se efectúe el disparo debe recibir_

se la señal de transferencia de disparo desde el extremo remoto.

El tiempo total de operación, desde la aparición 'hasra la exten_

sión de la falla es de 50 a 60 milisegundos, sobre la base de •-

usar disyuntores de dos ciclos (33,3 milisegundos). (15).

b) Protección de líneas de 138 Kv.- Para las líneas de 138 Kv.

que tienen fuentes de generación en ambos extremos, se ha pre -\o un esquema de protección idéntico al señalado para las lí_

neas de 230 Kv.

Para líneas radiales el'- tipo de protección no es igual en

ambos extremos. Para el lado de la fuente la protección princi_

pal consiste en relés de sobrecorriente con disparo instantáneo

para fases y tierra. Por el lado de la carga, la protección -

viene dada por relés direccionales de sobrecorriente con dispa-

ro instantáneo para fases y tierra.

5.4. Recomendaciones.- En este trabajo se ha vertido criterios

y recomendaciones en cada uno de los sistemas estudiados, en es_

- 60 -

te punto se sintetiza estos criterios.

1) Se utilizará protección con hilo piloto-para líneas cortas,

.no importantes. Su costo es el más bajo de los sistemas posi -

bles de teleprotección.

1

2) La protección piloto mediante onda portadora' es la que mejor

se adapta a la protección de sistemas eléctricos. Es un siste-

ma confiable y ofrece la posibilidad de utilizar hasta un.máxi-

mo de 24 canales. Se utiliza en líneas largas y su modo de aco_

plamiento con el sistema eléctrico tiene algunas variantes que

representan alternativas' en la selección del tipo de telecomuni

caciones. Su limitación se presenta para sistemas eléctricos

donde las necesidades de comunicación exeden los 24 canales.

3) Las telecomunicaciones vía micro-ondas, es el sistema más con

fiable y que más capacidad de canales dispone, pero por otro la

do la inversión inicial es grande, y mayor cuando las condicio-

nes geográficas de las zonas donde se implantará requieran de -

antenas repetidoras para evitar la pérdida de la señal, esto -

conlleva a un encarecimiento del sistema . Por lo general se -

encuentra su justificación para aquellos sistemas eléctricos -

que necesitan más de 100 canales.

- 61 -

B I B L I O G R A F Í A ,

1.- Vasquez, Franco, Ing.

Criterio para la selección de sistemas de telecomunicaciones

y telemetría.

Infor,e del Cier, Montevideo, septiembre de 1971. Tomo V.

'2.- Westinghouse Electrical Corporation

Aplied protective relaving

Edición Revisada de 1976.

3.- Ediciones Ceac, S.A.

Instalaciones Eléctricas de baja tensión

Cálculo de líneas eléctricas

Barcelona diciembre de 1974.

4.- Marcondes Brito de Carvalho, José, Ing.

Comportamiento de sistemas completos de telecomunicaciones y

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5.- Melchor J. Resello y Jorge L. Larco, Ings.

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/6.— Luis A. Brand, y Juan A. Moneada. Ings.

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- 62 -

.- Kimbark Edward, Se. D.

Power sistem estability

Volumen II, power sistem breackers and protective relays.

Sexta edición, abril de 1967.

Masón Ruseell

El arte de la protección con relevadores

Sexta edición 1966.

10.- Ediciones CEAC, S.A.

Protección de sistemas eléctricos contra sobre intensidades.

Monografía, Barcelona julio de 1974.

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Data control, tipo TCRIZ, septiembre de 1973.

12.- Sistem de telecontollo a media y drade capacita

Data control, Mod 40, octubre de 1972.

13.- W. Rosero, Ing.

Apuntes sobre: Olida portadora en líneas de alta tensión —

Junio de 1976.

14.- R.H. Miller, Ing.

Estudio preparado para INEGEL sobre telecomunicaciones -

Junio de 1974, anexo F.

15.— García/ P. y Veintimilla, L. Ings.

IEEE Sección Ecuador

Sistema nacional de transmisión; esgjiemas de protección se-

minario, mayo 5 de 1977.

16.- Comentarios sobre la presentación por. parte de la General -

Electric a INECEL sobre conceptos de comunicaciones y acó -

plamientos de relés.

- 63 -

L7.- Jurado, Julio, Ing.

Apuntes sobre protecciones.

18.- Mutzuo, Arazaki,. Kasuo, Paulo, Suiama

Utilización del canal de microOonda en teleprotecciones.

Informe del Cier, SaooPaulo, abril de 1976.

19.- Borba, Gerardo, Ing.

Teleproteccion y telemedida a'través de carrier

Informe del Cier, Santiago de Chile, agosto dé 1972, •>-.

Tomo IV.

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